JP3645923B2 - 完全自己清掃式ミキサー - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、反対方向に回転している２個又はそれ以上の平行軸を備え、この軸上に、軸方向に伸びた混捏棒の手段により互いに連結された送りブレードが螺旋状にオフセットを付けられて取り付けられ、更に取り囲んでいるケーシングを備え、また混合すべき材料の出口及び入り口を選択的に備え、運動学的に自己清掃する大きな自由有効空間のある多軸式ミキサー／反応装置に関する。
【０００２】
本発明は、流体及び凝集性ばら物のプロセス技術による処理のための装置用として適する。本装置は運動学的に完全に自己清掃し、かつ大きな自由有効空間を持つ。
【０００３】
【従来技術及びその課題】
中でも、合成材料の製造及び処理においては、非常に粘度の大きな液体をプロセス技術により処理しなければならない。これには良好な混和作用を行うことが要求され、また濃縮の場合にはミキサーの自由面の急速な回復も要求される。
【０００４】
かかるミキサーの壁の上の製品の堆積は処理を害する可能性がある。反応装置における相当長い滞留時間のため、堆積物における望ましくない副作用が促進される。このため、製品の汚染が生ずる。壁の上の製品の堆積は、本ミキサーの運動学的自己清掃によりこれを避けることができる。
【０００５】
例として、サーモトロピック液晶ポリエステルの製造について説明する。重縮合の最終段階における速度を決定する要因は、負圧にされた反応装置の気相への縮合の物質移動である。これはできるだけ大きな物質移動面を必要とし、かつこの面の回復ができるだけ早いことを要する。顕著な固有粘度のため、製品は非撹拌区域において壁上の堆積を形成する傾向がある。ここに広がった長時間滞留の結果、黒いひび割れ品が生じ、これが製品の流れの中に入り込むと販売できないものができる。
【０００６】
製造費及び反応装置／ミキサーの運転費の見地より、大きな自由使用容積について更に努力され、即ち、ケーシングの容積に対する撹拌ユニットの体積の比率をできるだけ小さくしなければならない。
【０００７】
これら諸要求は公開出願ＤＥ ４１ ２６ ４２５ Ａ１に説明された装置によりある程度満たされた。
【０００８】
しかし、これに説明された装置には次の二つの重要な欠点がある。
【０００９】
例えばのり状の流体を混合する経過中に曲げ力を吸収するのはローターの軸だけである。しかし、この軸は大きな自由使用空間を得るためにはできるだけ細くすべきである。その結果、（自己清掃を考慮して）努力して小さな隙間が与えられるが、軸のたわみのために、軸距離に対する装置の長さの比が６以上、最良で７以上に達することがやっと可能である。
【００１０】
所述の混合装置においては、各歯のベースを通じて流れと戻りの管路を案内しなければならない加熱用通路の複雑な案内手段によってのみブレード及び歯車の加熱が可能である。プロセス技術の観点からは、これの管理には必然的に困難が伴い、かつ費用もかかる。
【００１１】
運動学的に完全に自己清掃し、大きな自由容積を有し、前述の欠点がなく、かつ好ましくは、ストリッパー部材を加熱／冷却する装置を、容易に統合し得る装置を利用可能とすることが本発明の目的である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この目的は、本発明により、多軸ミキサーの送りブレードを螺旋状にオフセットを付けて各軸に配置し、前記ブレードを軸方向に伸びる混捏棒の手段により互いに連結することにより達成される。
【００１３】
本発明は、反対方向に回転する２個又はそれ以上の平行軸を有する多軸ミキサー／反応装置であって、軸方向に伸びる混捏棒の手段により互いに連結された送りブレードが螺旋状にオフセットを付けられてこれらの軸に取り付けられ（全体的に相互連結された軸）、以後、ローター、周囲のケーシングとして示される送りブレードと混捏棒とを備え、このケーシングは混合すべき材料の入り口と出口とを選択的に有し、更に特に脱気用の別の蒸気管を有する前記ミキサー／反応装置にして、
ローターの各送りブレードの、軸方向で見て前側及び後側が、ケーシングの前面と互いに清掃するミキサーの両端部を除いて、他方のローターの送りブレードにより運動学的に完全に清掃され、
ローターの各混捏棒は、軸方向で見てその端部が他方のローターの送りブレードによっても、その他は混捏棒と軸とにより運動学的に完全に清掃されること、
ローターの各軸は、他方のローターの送りブレード及び混捏棒により運動学的に完全に清掃され、
ケーシングはその内壁を混捏棒及び送りブレードにより運動学的に完全に清掃され、
ローターの半径方向断面で現れているブレードと混捏棒の切れ刃は、総てが回転中心軸の回りの円の円弧又はエピサイクロイドのいずれかであり、
ローターの半径方向断面で現れているブレードと混捏棒の切れ刃は、これらが内向きになったとき（即ち、切れ刃の法線方向のベクトルが回転中心軸に向かう成分を有するとき）に総てが中低にされ、更に
軸方向で見て前側及び後側のミキサー端部を除いて各送りブレードはそれぞれの混捏棒に連結され、これにより送りブレードによる軸方向の送りに関して最上流に置かれた混捏棒は、回転経路で先行する送りブレードの端部に連結され、その他の端部は回転経路で後続する送りブレードの端部に連結される
ことを特徴とする多軸のミキサー／反応装置を提供する。
【００１４】
このミキサーにおいては、（ミキサーの両端部を除いて）ローターの各送りブレードの軸方向で見て前側と後側とは隣接ローターの送りブレードにより、ローターの混捏棒は（軸方向で見て）その端部では送りブレードによっても、その他の部分は隣接ローターの混捏棒と軸とにより、軸は各隣接ローターの送りブレードと混捏棒とにより、そしてケーシングは混捏棒と送りブレードとにより運動学的に完全に清掃される。
【００１５】
運動学的清掃は、製作許容差を考慮してミキサーの運動部分の可能な最接近が混合の経路中に達成され、従って前述の諸部分が噛み合うことなしに互いに滑って通過し得ることを意味すると理解すべきである。
【００１６】
説明されたように、全体として、混合室の総ての表面の全運動学的自己清掃を達成することができる。
【００１７】
各送りブレードは、ミキサー両端部の送りブレードを除いて、その前側と後側とでそれぞれの混捏棒に連結される。関連して、送りブレードの手段による軸方向送りに関して最上流に設けられた混捏棒は回転経路で先行する送りブレードの端部に連結され、その他のものは回転経路で後続する送りブレードの端部に連結される。各混捏棒は（ミキサー端部を除き）関係の２個の送りブレードに連結される。その結果、混捏棒の手段により連結されミキサーの全長にわたって伸びる一連の送りブレードが現れる。
【００１８】
混捏棒手段により連結された一連の送りブレードが、撓みのために生ずる曲げ力を実質的に吸収する。
【００１９】
この配列に対応して、ローターの周囲における最大の面積慣性モーメント(areal moment of inertia)及びこれによる軸の最小撓みが得られる。
【００２０】
半径方向断面におけるローターのエッジは、これを数学的に記述することができる。即ち、
角速度ω1とω11、及び中央点
【００２１】
【数１】
【００２２】
を有する２個のローターを１及び１１とする。このとき、ローター１１の座標システムにおけるローター１の点
【００２３】
【数２】
【００２４】
の運動は、これを次のように書くことができる。
【００２５】
【数３】
【００２６】
好ましい実施例においては、ローターは大きさの等しい速度で回転する。ここに、ω1＝−ω11である。
【００２７】
運動学的清掃の一つの狙いは、運動部分の隙間をできるだけ小さくすることである。これは、総てのローターでその全長にわたるねじれ角が同じ大きさであるならば、即ちトルクも等しければ達成することができる。これは、ローターに同様な繰返し要素が装着された本発明の好ましい実施例により可能となる。この場合は、反対方向に等しい速度で回転したときの、ローターの隣接する混捏棒の各の間の角度ピッチは次式で決定される：
【００２８】
【数４】
【００２９】
ここに、
ｎ 条数、
ｍ 回転対称の回数、
φ 隣接混捏棒間の角度ピッチ、
π 円周率 3.14159... 、そして
ψ 送りブレードの前側と後側の混捏棒間のオフセット。
【００３０】
振動の発生を避けるため、常に一定のトルクになるように努力した。これは、一様な駆動モーメントを作る目的で、送りブレードの前側と後側の混捏棒間のオフセット（ψ）が２個の隣接混捏棒間の角度ピッチ（φ）の整数倍ではない特に好ましい実施例において達成された。ブレードの前側と後側の混捏棒間のオフセットは、混捏棒の連結された軸の想像上の軸の延長が混捏棒と正確に揃うように、混捏棒がその連結された軸の回転軸の回りで回転しなければならない角度である。
【００３１】
２個の混捏棒間の角度ピッチは、ある一つの混捏棒が他の混捏棒と一致するように、連結された軸の回転軸の回りを混捏棒が回転すべき角度である。
【００３２】
ミキサーの長さが、混捏棒の手段により連結された２個の送りブレード間の軸方向距離の整数倍である場合は、反応装置／ミキサーの好ましい実施例に関して次式を適用すべきである。
【００３３】
【数５】
【００３４】
ここに、
φ ２個の隣接混捏棒間の角度ピッチ、
ｉ οと共通除数がなくかつ０ではない整数、
ｌ1 混捏棒の手段により連結された２個の送りブレード間の軸方向距離、
ｌΣ ミキサーの長さ、そして
ψ 送りブレードの前側と後側の混捏棒間のオフセット角。
【００３５】
種々の速度で回転するシステムでは、捩り比ができるだけ一定であるという要求により、回転対象の回数は軸の角速度の大きさに反比例するという式が誘導できる。
【００３６】
ローター、送りブレード及び混捏棒の包括的な加熱及び冷却は、加熱用／冷却用の媒体が軸の端部を経て導かれるならば本発明の好ましい実施例において可能であり、媒体の分流の各は、ローターの全長にわたる混捏棒と送りブレードの連鎖に続いて、互いに連結された一連の混捏棒と送りブレードを経て続く混捏棒に導かれ、関係の最後の送りブレードを通って軸に戻り、ここから軸の入り口とは反対側の端部を通り、これにより、加熱用／冷却用の媒体の別の分流が軸を加熱又は冷却するために、軸の長手方向の穴を通って導かれる。この連結においては、ＤＥ ４１ ２６ ４２５ ＡＩに説明された装置と比較して、加熱用媒体の戻り管路を送りブレードの足又は歯のベースを通して連結する必要がない。製造技術の観点より生産の管理が対応して簡単である。
【００３７】
【実施例】
本発明は実施例に基づき付属図面を参照して以下更に詳細に説明される。
【００３８】
図１に、本発明の原理によるミキサーの基本的構造が示される。ケーシング４内に２個の軸１、１１が置かれる。これらの各に１個の螺旋に従って送りブレード２、７、１２、１７、・・・が連結される。図１の表現は、半径方向断面において現れるエッジがエピサイクロイドではなく、かつ描かれたミキサーも完全には自己清掃しない単純化されたものである。
【００３９】
図２は、本発明によるミキサーの空間的表現を示す。ケーシングは部分的に示されるだけである。各軸には、送りブレード２、７、１２、１７、・・・が２重螺旋に従って連結される。送りブレードの前側と後側とは、図１におけるように回転軸に垂直な平面内にあるのではなく、送りブレードは、これらが軸方向輸送に大きく役立つように配列される。混捏棒と送りブレードとが交互の７連鎖を形成するように、送りブレードは、各軸上で混捏棒３、１３、・・・の手段により連結される。ミキサーは、同じ速さで反対方向に回転するように設計される。
【００４０】
自由使用容積はケーシングの内部容積の６８.５％を占める。
【００４１】
図３は、図２によるミキサーを通る図１ｃのＡに相当する半径方向断面を示し、この断面も図２のミキサーの前面で示される。図２のストリッパー９は、図３においては一連の連続線４１４、４１５、４１６、４１７として現れ、ストリッパー１９は３１４、３１５、３１６、３１７として現れる。図４及び５においては、同じ半径方向断面が軸の完全な１回転の途中における１８個の連続位相パターン１８で示される。これに関連して、清掃作用が明らかになる：
エッジ314が面445-447を清掃 エッジ414が面345-347を清掃
エッジ324が面455-457を清掃 エッジ424が面355-357を清掃
エッジ334が面465-467を清掃 エッジ434が面365-367を清掃
エッジ344が面475-477を清掃 エッジ444が面375-377を清掃
エッジ354が面416-417を清掃 エッジ454が面316-317を清掃
エッジ364が面425-427を清掃 エッジ464が面325-327を清掃
エッジ374が面435-437を清掃 エッジ474が面335-337を清掃
エッジ315が面443-447を清掃 エッジ415が面343-347を清掃
エッジ315が面442-448を清掃 エッジ415が面342-348を清掃
エッジ325が面457-462を清掃 エッジ425が面357-362を清掃
エッジ325が面463-464を清掃 エッジ425が面363-364を清掃
エッジ335が面462-472を清掃 エッジ435が面362-372を清掃
エッジ335が面463-467を清掃 エッジ435が面363-367を清掃
エッジ335が面473-474を清掃 エッジ435が面373-374を清掃
エッジ345が面414-472を清掃 エッジ445が面314-372を清掃
エッジ345が面473-474を清掃 エッジ445が面373-374を清掃
エッジ355が面422-417を清掃 エッジ455が面322-317を清掃
エッジ355が面423-424を清掃 エッジ455が面323-324を清掃
エッジ365が面423-427を清掃 エッジ465が面323-327を清掃
エッジ365が面432-442を清掃 エッジ465が面332-342を清掃
エッジ365が面433-434を清掃 エッジ465が面333-334を清掃
エッジ375が面432-442を清掃 エッジ475が面332-342を清掃
エッジ375が面433-437を清掃 エッジ475が面333-337を清掃
エッジ375が面443-444を清掃 エッジ475が面343-344を清掃
エッジ316が面451-454を清掃 エッジ416が面351-354を清掃
エッジ317が面454-455を清掃 エッジ417が面354-355を清掃
エッジ327が面464-465を清掃 エッジ427が面364-365を清掃
エッジ337が面474-475を清掃 エッジ437が面374-375を清掃
エッジ347が面414-415を清掃 エッジ447が面314-315を清掃
エッジ357が面424-425を清掃 エッジ457が面324-325を清掃
エッジ367が面434-435を清掃 エッジ467が面334-335を清掃
エッジ377が面444-445を清掃 エッジ477は面344-345を清掃
面351-316が面448-451を清掃 面451-416は面348-351を清掃
分かるように総ての周囲表面が清掃される。
【００４２】
同様に、ケーシングの内壁はエッジ４４５、４３５、３４５、３３５・・・により清掃されることが明らかとなる。
【００４３】
ケーシングの前面は、例えば端部に設置されたブレード９、１９のエッジにより完全に清掃される。
【００４４】
本発明によるミキサーの別の好ましい実施例が図６に示される。これは、送りブレード２、１２、７、９、１７、１９・・・が平らな円盤の形式であって、その前側と後側とが回転軸１及び１１に対して垂直方向に配置されることが、特に図２のミキサーとは異なる。この好ましいミキサーの一つの利点は、より単純な構成方法により得られるその簡単な技術的設計である。
【００４５】
送りブレード及び混捏棒は角柱状にされ、従って、例えば切削加工により容易に製作することができる。
【００４６】
本発明の実施態様は次の通りである。
【００４７】
１．反対方向に回転する２個又はそれ以上の平行ローターを有するミキサー／反応装置であって、軸方向に伸びる混捏棒（３、１３）により互いに連結された送りブレード（２、１２）が螺旋状にオフセットを付けられて取り付けられた軸（１、１１）、及び混合すべき材料の入り口（５）と出口（６）とを選択的に有し囲んでいるケーシング（４）よりなるミキサー／反応装置において、
ローターの各送りブレード（２、１２）の軸方向で見て前側及び後側が、ケーシング（４）の前面と互いに清掃するミキサーの両端部を除いて、他方のローターの送りブレード（１２、２）により運動学的に完全に清掃され、
ローターの混捏棒（３、１３）は、軸方向で見てその端部においては送りブレード（１２、２）によっても、その他の部分は別のローターの混捏棒（１３、３）と軸（１１、１）とにより、運動学的に完全に清掃され、
ローターの軸（１、１１）は、他方のローターの送りブレード（１２、２）と混捏棒（１３、３）とにより運動学的に完全に清掃され、
ケーシング（４）はその内壁を混捏棒（３、１３）と送りブレード（２、１２）とにより運動学的に完全に清掃され、
ローター（１、２、３又は１１、１２、１３）の半径方向断面に現れている送りブレード（２、１２）と混捏棒（３、１３）の切れ刃は、総てが回転中心軸の回りの円弧か又はエピサイクロイド断面であり、
ローター（１、２、３又は１１、１２、１３）の半径方向断面に現れている送りブレード（２、１２）と混捏棒（３、１３）の切れ刃は、これらが内向きにされたとき（即ち、切れ刃の法線方向のベクトルが回転中心軸に向かう成分を有するとき）は総てが中低であり、そして
軸方向で見て前側及び後側のミキサー端部を除いて各送りブレード（２、１２）はそれぞれの混捏棒（３、１３）に連結され、これにより送りブレード（２、１２）の手段による軸方向送りに関して上流側に置かれた混捏棒は、回転経路で先行する送りブレードのその端部に連結され、他方のものは回転経路で後続する送りブレードのその端部に連結される
ことを特徴とするミキサー／反応装置。
【００４８】
２．ローターが大きさの等しい速度で回転することを特徴とする実施態様１によるミキサー／反応装置。
【００４９】
３．ローター（３、１３）は、周囲上に分布されかつ混捏棒の手段により互いに連結された同一数ｎ組の送りブレード（２、１２）を有し、これによりローターのそれぞれの隣接混捏棒の各の間の角度ピッチが次式、即ち
【００５０】
【数６】
【００５１】
ここに、
φ 隣接混捏棒間の角度ピッチ、
ｎ 条数、
ｍ 回転対称の回数、
ψ 送りブレードの前側と後側の混捏棒間のオフセット、
π 円周率 3.14159
で決定されることを特徴とする実施態様１又は２によるミキサー／反応装置。
【００５２】
４．駆動トルクを均一にする目的で、送りブレードの前側と後側との混捏棒の間のオフセット（ψ）が２個の隣接混捏棒間の角度ピッチ（φ）の整数倍ではないことを特徴とする実施態様１ないし３によるミキサー／反応装置。
【００５３】
５．ミキサーの長さが、混捏棒の手段により連結された２個の送りブレード間の軸方向距離の整数倍οであって、かつ
【００５４】
【数７】
【００５５】
ここに、
φ 隣接混捏棒間の角度ピッチ、
ｉ οと共通の除数がなくかつ０ではない整数、
ｌ1 混捏棒の手段により連結された２個の送りブレード間の軸方向距離、
ｌΣ ミキサーの長さ、
ψ 送りブレードの前側と後側の混捏棒間のオフセット角
であることを特徴とする実施態様１ないし４による装置。
【００５６】
６．その送りブレード（２）と混捏棒（３）とが包括的に加熱され又は冷却される得ることを特徴とする実施態様１ないし５によるミキサー／反応装置。
【００５７】
７．加熱／冷却が軸の端部を経て導かれた加熱用／冷却用の媒体により行われ、これにより 媒体の分流の各が、ローターの全長にわたる混捏棒と送りブレードの連鎖に続いて、互いに連結された一連の混捏棒と送りブレードを経て続く混捏棒に導かれ、関係の最後の送りブレードを通って軸に戻り、ここから軸の入り口とは反対側の端部を通り、更に、軸を加熱／冷却するために、加熱用／冷却用の媒体の別の分流が軸の長手方向の穴を通って導かれることを特徴とする実施態様６によるミキサー／反応装置。
【００５８】
８．脱気工程用の別の蒸気管路を有することを特徴とする実施態様１ないし７によるミキサー／反応装置。
【図面の簡単な説明】
【図１】平面図（図１ｂ）、正面図（図１ｃ）及び側面図（図１ａ）の部分図とした本発明によるミキサーの基本的構造の表現を示す。
【図２】本発明によるミキサーの表現を示す。
【図３】図２によるミキサーの前面としても現れるをこのミキサーを通る半径方向断面の表現を示す。
【図４】図３による半径方向断面の回転運動の表現を９個のスナップショットで示す。
【図５】図３による半径方向断面の回転運動の表現を９個のスナップショットで示す。
【図６】本発明によるミキサーの別の好ましい実施例を示す。
【符号の説明】
１ 軸
２ 送りブレード
３ 混捏棒
４ ケーシング
５ 入り口
６ 出口
１１ 軸
１２ 送りブレード
１３ 混捏棒
【産業上の利用分野】
本発明は、反対方向に回転している２個又はそれ以上の平行軸を備え、この軸上に、軸方向に伸びた混捏棒の手段により互いに連結された送りブレードが螺旋状にオフセットを付けられて取り付けられ、更に取り囲んでいるケーシングを備え、また混合すべき材料の出口及び入り口を選択的に備え、運動学的に自己清掃する大きな自由有効空間のある多軸式ミキサー／反応装置に関する。
【０００２】
本発明は、流体及び凝集性ばら物のプロセス技術による処理のための装置用として適する。本装置は運動学的に完全に自己清掃し、かつ大きな自由有効空間を持つ。
【０００３】
【従来技術及びその課題】
中でも、合成材料の製造及び処理においては、非常に粘度の大きな液体をプロセス技術により処理しなければならない。これには良好な混和作用を行うことが要求され、また濃縮の場合にはミキサーの自由面の急速な回復も要求される。
【０００４】
かかるミキサーの壁の上の製品の堆積は処理を害する可能性がある。反応装置における相当長い滞留時間のため、堆積物における望ましくない副作用が促進される。このため、製品の汚染が生ずる。壁の上の製品の堆積は、本ミキサーの運動学的自己清掃によりこれを避けることができる。
【０００５】
例として、サーモトロピック液晶ポリエステルの製造について説明する。重縮合の最終段階における速度を決定する要因は、負圧にされた反応装置の気相への縮合の物質移動である。これはできるだけ大きな物質移動面を必要とし、かつこの面の回復ができるだけ早いことを要する。顕著な固有粘度のため、製品は非撹拌区域において壁上の堆積を形成する傾向がある。ここに広がった長時間滞留の結果、黒いひび割れ品が生じ、これが製品の流れの中に入り込むと販売できないものができる。
【０００６】
製造費及び反応装置／ミキサーの運転費の見地より、大きな自由使用容積について更に努力され、即ち、ケーシングの容積に対する撹拌ユニットの体積の比率をできるだけ小さくしなければならない。
【０００７】
これら諸要求は公開出願ＤＥ ４１ ２６ ４２５ Ａ１に説明された装置によりある程度満たされた。
【０００８】
しかし、これに説明された装置には次の二つの重要な欠点がある。
【０００９】
例えばのり状の流体を混合する経過中に曲げ力を吸収するのはローターの軸だけである。しかし、この軸は大きな自由使用空間を得るためにはできるだけ細くすべきである。その結果、（自己清掃を考慮して）努力して小さな隙間が与えられるが、軸のたわみのために、軸距離に対する装置の長さの比が６以上、最良で７以上に達することがやっと可能である。
【００１０】
所述の混合装置においては、各歯のベースを通じて流れと戻りの管路を案内しなければならない加熱用通路の複雑な案内手段によってのみブレード及び歯車の加熱が可能である。プロセス技術の観点からは、これの管理には必然的に困難が伴い、かつ費用もかかる。
【００１１】
運動学的に完全に自己清掃し、大きな自由容積を有し、前述の欠点がなく、かつ好ましくは、ストリッパー部材を加熱／冷却する装置を、容易に統合し得る装置を利用可能とすることが本発明の目的である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この目的は、本発明により、多軸ミキサーの送りブレードを螺旋状にオフセットを付けて各軸に配置し、前記ブレードを軸方向に伸びる混捏棒の手段により互いに連結することにより達成される。
【００１３】
本発明は、反対方向に回転する２個又はそれ以上の平行軸を有する多軸ミキサー／反応装置であって、軸方向に伸びる混捏棒の手段により互いに連結された送りブレードが螺旋状にオフセットを付けられてこれらの軸に取り付けられ（全体的に相互連結された軸）、以後、ローター、周囲のケーシングとして示される送りブレードと混捏棒とを備え、このケーシングは混合すべき材料の入り口と出口とを選択的に有し、更に特に脱気用の別の蒸気管を有する前記ミキサー／反応装置にして、
ローターの各送りブレードの、軸方向で見て前側及び後側が、ケーシングの前面と互いに清掃するミキサーの両端部を除いて、他方のローターの送りブレードにより運動学的に完全に清掃され、
ローターの各混捏棒は、軸方向で見てその端部が他方のローターの送りブレードによっても、その他は混捏棒と軸とにより運動学的に完全に清掃されること、
ローターの各軸は、他方のローターの送りブレード及び混捏棒により運動学的に完全に清掃され、
ケーシングはその内壁を混捏棒及び送りブレードにより運動学的に完全に清掃され、
ローターの半径方向断面で現れているブレードと混捏棒の切れ刃は、総てが回転中心軸の回りの円の円弧又はエピサイクロイドのいずれかであり、
ローターの半径方向断面で現れているブレードと混捏棒の切れ刃は、これらが内向きになったとき（即ち、切れ刃の法線方向のベクトルが回転中心軸に向かう成分を有するとき）に総てが中低にされ、更に
軸方向で見て前側及び後側のミキサー端部を除いて各送りブレードはそれぞれの混捏棒に連結され、これにより送りブレードによる軸方向の送りに関して最上流に置かれた混捏棒は、回転経路で先行する送りブレードの端部に連結され、その他の端部は回転経路で後続する送りブレードの端部に連結される
ことを特徴とする多軸のミキサー／反応装置を提供する。
【００１４】
このミキサーにおいては、（ミキサーの両端部を除いて）ローターの各送りブレードの軸方向で見て前側と後側とは隣接ローターの送りブレードにより、ローターの混捏棒は（軸方向で見て）その端部では送りブレードによっても、その他の部分は隣接ローターの混捏棒と軸とにより、軸は各隣接ローターの送りブレードと混捏棒とにより、そしてケーシングは混捏棒と送りブレードとにより運動学的に完全に清掃される。
【００１５】
運動学的清掃は、製作許容差を考慮してミキサーの運動部分の可能な最接近が混合の経路中に達成され、従って前述の諸部分が噛み合うことなしに互いに滑って通過し得ることを意味すると理解すべきである。
【００１６】
説明されたように、全体として、混合室の総ての表面の全運動学的自己清掃を達成することができる。
【００１７】
各送りブレードは、ミキサー両端部の送りブレードを除いて、その前側と後側とでそれぞれの混捏棒に連結される。関連して、送りブレードの手段による軸方向送りに関して最上流に設けられた混捏棒は回転経路で先行する送りブレードの端部に連結され、その他のものは回転経路で後続する送りブレードの端部に連結される。各混捏棒は（ミキサー端部を除き）関係の２個の送りブレードに連結される。その結果、混捏棒の手段により連結されミキサーの全長にわたって伸びる一連の送りブレードが現れる。
【００１８】
混捏棒手段により連結された一連の送りブレードが、撓みのために生ずる曲げ力を実質的に吸収する。
【００１９】
この配列に対応して、ローターの周囲における最大の面積慣性モーメント(areal moment of inertia)及びこれによる軸の最小撓みが得られる。
【００２０】
半径方向断面におけるローターのエッジは、これを数学的に記述することができる。即ち、
角速度ω1とω11、及び中央点
【００２１】
【数１】
を有する２個のローターを１及び１１とする。このとき、ローター１１の座標システムにおけるローター１の点
【００２３】
【数２】
の運動は、これを次のように書くことができる。
【００２５】
【数３】
好ましい実施例においては、ローターは大きさの等しい速度で回転する。ここに、ω1＝−ω11である。
【００２７】
運動学的清掃の一つの狙いは、運動部分の隙間をできるだけ小さくすることである。これは、総てのローターでその全長にわたるねじれ角が同じ大きさであるならば、即ちトルクも等しければ達成することができる。これは、ローターに同様な繰返し要素が装着された本発明の好ましい実施例により可能となる。この場合は、反対方向に等しい速度で回転したときの、ローターの隣接する混捏棒の各の間の角度ピッチは次式で決定される：
【００２８】
【数４】
ここに、
ｎ 条数、
ｍ 回転対称の回数、
φ 隣接混捏棒間の角度ピッチ、
π 円周率 3.14159... 、そして
ψ 送りブレードの前側と後側の混捏棒間のオフセット。
【００３０】
振動の発生を避けるため、常に一定のトルクになるように努力した。これは、一様な駆動モーメントを作る目的で、送りブレードの前側と後側の混捏棒間のオフセット（ψ）が２個の隣接混捏棒間の角度ピッチ（φ）の整数倍ではない特に好ましい実施例において達成された。ブレードの前側と後側の混捏棒間のオフセットは、混捏棒の連結された軸の想像上の軸の延長が混捏棒と正確に揃うように、混捏棒がその連結された軸の回転軸の回りで回転しなければならない角度である。
【００３１】
２個の混捏棒間の角度ピッチは、ある一つの混捏棒が他の混捏棒と一致するように、連結された軸の回転軸の回りを混捏棒が回転すべき角度である。
【００３２】
ミキサーの長さが、混捏棒の手段により連結された２個の送りブレード間の軸方向距離の整数倍である場合は、反応装置／ミキサーの好ましい実施例に関して次式を適用すべきである。
【００３３】
【数５】
ここに、
φ ２個の隣接混捏棒間の角度ピッチ、
ｉ οと共通除数がなくかつ０ではない整数、
ｌ1 混捏棒の手段により連結された２個の送りブレード間の軸方向距離、
ｌΣ ミキサーの長さ、そして
ψ 送りブレードの前側と後側の混捏棒間のオフセット角。
【００３５】
種々の速度で回転するシステムでは、捩り比ができるだけ一定であるという要求により、回転対象の回数は軸の角速度の大きさに反比例するという式が誘導できる。
【００３６】
ローター、送りブレード及び混捏棒の包括的な加熱及び冷却は、加熱用／冷却用の媒体が軸の端部を経て導かれるならば本発明の好ましい実施例において可能であり、媒体の分流の各は、ローターの全長にわたる混捏棒と送りブレードの連鎖に続いて、互いに連結された一連の混捏棒と送りブレードを経て続く混捏棒に導かれ、関係の最後の送りブレードを通って軸に戻り、ここから軸の入り口とは反対側の端部を通り、これにより、加熱用／冷却用の媒体の別の分流が軸を加熱又は冷却するために、軸の長手方向の穴を通って導かれる。この連結においては、ＤＥ ４１ ２６ ４２５ ＡＩに説明された装置と比較して、加熱用媒体の戻り管路を送りブレードの足又は歯のベースを通して連結する必要がない。製造技術の観点より生産の管理が対応して簡単である。
【００３７】
【実施例】
本発明は実施例に基づき付属図面を参照して以下更に詳細に説明される。
【００３８】
図１に、本発明の原理によるミキサーの基本的構造が示される。ケーシング４内に２個の軸１、１１が置かれる。これらの各に１個の螺旋に従って送りブレード２、７、１２、１７、・・・が連結される。図１の表現は、半径方向断面において現れるエッジがエピサイクロイドではなく、かつ描かれたミキサーも完全には自己清掃しない単純化されたものである。
【００３９】
図２は、本発明によるミキサーの空間的表現を示す。ケーシングは部分的に示されるだけである。各軸には、送りブレード２、７、１２、１７、・・・が２重螺旋に従って連結される。送りブレードの前側と後側とは、図１におけるように回転軸に垂直な平面内にあるのではなく、送りブレードは、これらが軸方向輸送に大きく役立つように配列される。混捏棒と送りブレードとが交互の７連鎖を形成するように、送りブレードは、各軸上で混捏棒３、１３、・・・の手段により連結される。ミキサーは、同じ速さで反対方向に回転するように設計される。
【００４０】
自由使用容積はケーシングの内部容積の６８.５％を占める。
【００４１】
図３は、図２によるミキサーを通る図１ｃのＡに相当する半径方向断面を示し、この断面も図２のミキサーの前面で示される。図２のストリッパー９は、図３においては一連の連続線４１４、４１５、４１６、４１７として現れ、ストリッパー１９は３１４、３１５、３１６、３１７として現れる。図４及び５においては、同じ半径方向断面が軸の完全な１回転の途中における１８個の連続位相パターン１８で示される。これに関連して、清掃作用が明らかになる：
エッジ314が面445-447を清掃 エッジ414が面345-347を清掃
エッジ324が面455-457を清掃 エッジ424が面355-357を清掃
エッジ334が面465-467を清掃 エッジ434が面365-367を清掃
エッジ344が面475-477を清掃 エッジ444が面375-377を清掃
エッジ354が面416-417を清掃 エッジ454が面316-317を清掃
エッジ364が面425-427を清掃 エッジ464が面325-327を清掃
エッジ374が面435-437を清掃 エッジ474が面335-337を清掃
エッジ315が面443-447を清掃 エッジ415が面343-347を清掃
エッジ315が面442-448を清掃 エッジ415が面342-348を清掃
エッジ325が面457-462を清掃 エッジ425が面357-362を清掃
エッジ325が面463-464を清掃 エッジ425が面363-364を清掃
エッジ335が面462-472を清掃 エッジ435が面362-372を清掃
エッジ335が面463-467を清掃 エッジ435が面363-367を清掃
エッジ335が面473-474を清掃 エッジ435が面373-374を清掃
エッジ345が面414-472を清掃 エッジ445が面314-372を清掃
エッジ345が面473-474を清掃 エッジ445が面373-374を清掃
エッジ355が面422-417を清掃 エッジ455が面322-317を清掃
エッジ355が面423-424を清掃 エッジ455が面323-324を清掃
エッジ365が面423-427を清掃 エッジ465が面323-327を清掃
エッジ365が面432-442を清掃 エッジ465が面332-342を清掃
エッジ365が面433-434を清掃 エッジ465が面333-334を清掃
エッジ375が面432-442を清掃 エッジ475が面332-342を清掃
エッジ375が面433-437を清掃 エッジ475が面333-337を清掃
エッジ375が面443-444を清掃 エッジ475が面343-344を清掃
エッジ316が面451-454を清掃 エッジ416が面351-354を清掃
エッジ317が面454-455を清掃 エッジ417が面354-355を清掃
エッジ327が面464-465を清掃 エッジ427が面364-365を清掃
エッジ337が面474-475を清掃 エッジ437が面374-375を清掃
エッジ347が面414-415を清掃 エッジ447が面314-315を清掃
エッジ357が面424-425を清掃 エッジ457が面324-325を清掃
エッジ367が面434-435を清掃 エッジ467が面334-335を清掃
エッジ377が面444-445を清掃 エッジ477は面344-345を清掃
面351-316が面448-451を清掃 面451-416は面348-351を清掃
分かるように総ての周囲表面が清掃される。
【００４２】
同様に、ケーシングの内壁はエッジ４４５、４３５、３４５、３３５・・・により清掃されることが明らかとなる。
【００４３】
ケーシングの前面は、例えば端部に設置されたブレード９、１９のエッジにより完全に清掃される。
【００４４】
本発明によるミキサーの別の好ましい実施例が図６に示される。これは、送りブレード２、１２、７、９、１７、１９・・・が平らな円盤の形式であって、その前側と後側とが回転軸１及び１１に対して垂直方向に配置されることが、特に図２のミキサーとは異なる。この好ましいミキサーの一つの利点は、より単純な構成方法により得られるその簡単な技術的設計である。
【００４５】
送りブレード及び混捏棒は角柱状にされ、従って、例えば切削加工により容易に製作することができる。
【００４６】
本発明の実施態様は次の通りである。
【００４７】
１．反対方向に回転する２個又はそれ以上の平行ローターを有するミキサー／反応装置であって、軸方向に伸びる混捏棒（３、１３）により互いに連結された送りブレード（２、１２）が螺旋状にオフセットを付けられて取り付けられた軸（１、１１）、及び混合すべき材料の入り口（５）と出口（６）とを選択的に有し囲んでいるケーシング（４）よりなるミキサー／反応装置において、
ローターの各送りブレード（２、１２）の軸方向で見て前側及び後側が、ケーシング（４）の前面と互いに清掃するミキサーの両端部を除いて、他方のローターの送りブレード（１２、２）により運動学的に完全に清掃され、
ローターの混捏棒（３、１３）は、軸方向で見てその端部においては送りブレード（１２、２）によっても、その他の部分は別のローターの混捏棒（１３、３）と軸（１１、１）とにより、運動学的に完全に清掃され、
ローターの軸（１、１１）は、他方のローターの送りブレード（１２、２）と混捏棒（１３、３）とにより運動学的に完全に清掃され、
ケーシング（４）はその内壁を混捏棒（３、１３）と送りブレード（２、１２）とにより運動学的に完全に清掃され、
ローター（１、２、３又は１１、１２、１３）の半径方向断面に現れている送りブレード（２、１２）と混捏棒（３、１３）の切れ刃は、総てが回転中心軸の回りの円弧か又はエピサイクロイド断面であり、
ローター（１、２、３又は１１、１２、１３）の半径方向断面に現れている送りブレード（２、１２）と混捏棒（３、１３）の切れ刃は、これらが内向きにされたとき（即ち、切れ刃の法線方向のベクトルが回転中心軸に向かう成分を有するとき）は総てが中低であり、そして
軸方向で見て前側及び後側のミキサー端部を除いて各送りブレード（２、１２）はそれぞれの混捏棒（３、１３）に連結され、これにより送りブレード（２、１２）の手段による軸方向送りに関して上流側に置かれた混捏棒は、回転経路で先行する送りブレードのその端部に連結され、他方のものは回転経路で後続する送りブレードのその端部に連結される
ことを特徴とするミキサー／反応装置。
【００４８】
２．ローターが大きさの等しい速度で回転することを特徴とする実施態様１によるミキサー／反応装置。
【００４９】
３．ローター（３、１３）は、周囲上に分布されかつ混捏棒の手段により互いに連結された同一数ｎ組の送りブレード（２、１２）を有し、これによりローターのそれぞれの隣接混捏棒の各の間の角度ピッチが次式、即ち
【００５０】
【数６】
ここに、
φ 隣接混捏棒間の角度ピッチ、
ｎ 条数、
ｍ 回転対称の回数、
ψ 送りブレードの前側と後側の混捏棒間のオフセット、
π 円周率 3.14159
で決定されることを特徴とする実施態様１又は２によるミキサー／反応装置。
【００５２】
４．駆動トルクを均一にする目的で、送りブレードの前側と後側との混捏棒の間のオフセット（ψ）が２個の隣接混捏棒間の角度ピッチ（φ）の整数倍ではないことを特徴とする実施態様１ないし３によるミキサー／反応装置。
【００５３】
５．ミキサーの長さが、混捏棒の手段により連結された２個の送りブレード間の軸方向距離の整数倍οであって、かつ
【００５４】
【数７】
ここに、
φ 隣接混捏棒間の角度ピッチ、
ｉ οと共通の除数がなくかつ０ではない整数、
ｌ1 混捏棒の手段により連結された２個の送りブレード間の軸方向距離、
ｌΣ ミキサーの長さ、
ψ 送りブレードの前側と後側の混捏棒間のオフセット角
であることを特徴とする実施態様１ないし４による装置。
【００５６】
６．その送りブレード（２）と混捏棒（３）とが包括的に加熱され又は冷却される得ることを特徴とする実施態様１ないし５によるミキサー／反応装置。
【００５７】
７．加熱／冷却が軸の端部を経て導かれた加熱用／冷却用の媒体により行われ、これにより 媒体の分流の各が、ローターの全長にわたる混捏棒と送りブレードの連鎖に続いて、互いに連結された一連の混捏棒と送りブレードを経て続く混捏棒に導かれ、関係の最後の送りブレードを通って軸に戻り、ここから軸の入り口とは反対側の端部を通り、更に、軸を加熱／冷却するために、加熱用／冷却用の媒体の別の分流が軸の長手方向の穴を通って導かれることを特徴とする実施態様６によるミキサー／反応装置。
【００５８】
８．脱気工程用の別の蒸気管路を有することを特徴とする実施態様１ないし７によるミキサー／反応装置。
【図面の簡単な説明】
【図１】平面図（図１ｂ）、正面図（図１ｃ）及び側面図（図１ａ）の部分図とした本発明によるミキサーの基本的構造の表現を示す。
【図２】本発明によるミキサーの表現を示す。
【図３】図２によるミキサーの前面としても現れるをこのミキサーを通る半径方向断面の表現を示す。
【図４】図３による半径方向断面の回転運動の表現を９個のスナップショットで示す。
【図５】図３による半径方向断面の回転運動の表現を９個のスナップショットで示す。
【図６】本発明によるミキサーの別の好ましい実施例を示す。
【符号の説明】
１ 軸
２ 送りブレード
３ 混捏棒
４ ケーシング
５ 入り口
６ 出口
１１ 軸
１２ 送りブレード
１３ 混捏棒
Claims (4)
- 反対方向に回転する２個又はそれ以上の平行ローターを有するミキサー／反応装置であって、軸方向に伸びる混捏棒（３，１３）により互いに連結された送りブレード（２、１２）が螺旋状にオフセット角を付けて取り付けられた軸（１、１１）及び混合すべき材料の入り口（５）と出口（６）とを選択的に有し囲んでいるケーシング（４）よりなるミキサー／反応装置において、
ローターの各送りブレード（２、１２）の軸方向で見て前側及び後側が、ケーシング（４）の前面と互いに清掃するミキサーの両端部を除いて、他方のローターの送りブレード（１２、２）により運動学的に完全に清掃され、
ローターの混捏棒（３、１３）は、軸方向で見てその端部においては送りブレード（１２、２）によっても、その他の部分は別のローターの混捏棒（１３、３）と軸（１１、１）とにより、運動学的に完企に清掃され、
ローターの軸（１、１１）は、他方のローターの送りブレード（１２、２）と混捏棒（１３、３）とにより運動学的に完全に清掃され、
ケーシング（４）はその内壁を混捏棒（３、１３）と送りブレード（２、１２）とにより運動学的に完全に清掃され、
ローター（１、２，３又は１１、１２，１３）の半径方向に現れている送りブレード（２、１２）と混捏棒（３、１３）の切れ刃は、総てが回転中心軸の回りの円弧か又はエピサイクロイドであり、
ローター（１、２、３又は１１、１２、１３）の半径方向に現れている送りブレード（２、１２）と混捏棒（３、１３）の切れ刃は、これらが内向きにされたとき（即ち、切れ刃の法線方向のベクトルが回転中心軸に向かう成分を有するとき）は総てが凹型であり、そして
軸方向で見て前側及び後側のミキサー端部を除いて各送りブレード（２、１２）はそれぞれの混捏棒（３、１３）に連結され、これにより送りブレード（２、１２）の手段による軸方向送りに関して上流側に置かれた混捏棒は、回転経路で先行する送りブレードのその端部に連結され、他方のものは回転経路で後続する送りブレードのその端部に連結される
ことを特徴とするミキサー／反応装置。 - ローター（３，１３）は、周囲上に分布されかつ混捏棒の手段により互いに連結された同一数ｎ組の送りブレード（２、１２）を有し、これによりローターのそれぞれの隣接混捏棒の各の間の角度ピッチが次式、即ち
φ ＝ （２π−２ｍψ）／ｎ
ここに、
φ 隣接混捏棒間の角度ピッチ、
ｎ 条数、
ｍ 回転対称の回数、
ψ 送りブレードの前側と後側の混捉棒間のオフセット
π 円周率 ３．１４１５９
で決定されることを特徴とする請求項1のミキサー／反応装置。 - ミキサーの長さが、混捏棒の手段により連結された２個の送りブレード間の軸方向距離の整数倍ｏであって、かつ
φ＝ （ｉ／ｏ）φ
ｏ＝ ｌΣ／ｌｉ
ここに、
φ 隣接混捏棒間の角度ピッチ、
ｉ oと共通の除数がなくかつ０ではない整数、
ｌｉ 混捏棒の手段により連結された２個の送りブレード間の軸方向距雛、
ｌΣ ミキサーの長さ、
ψ 送りブレードの前側と後側の混提棒間のオフセット角
であることを特徴とする請求項１又は２の装置。 - 加熱／冷却が軸の端部を経て導かれた加熱用／冷却用の媒体により行われ、これにより、媒体の分流の各が、ローターの全長にわたる混捏棒と送りブレードの連鎖に続いて、互いに連結された一連の混捏棒と送りブレードを経て続く混程棒に導かれ、関係の最後の送りブレードを通って軸に戻り、ここから軸の入り口とは反対側の端部を通り、更に、軸を加熱／冷却するために、加熱用／冷却用の媒体の別の分流が軸の長手方向の穴を通って導かれることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１のミキサー／反応装置。
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